[發(fā)明專利]具有薄而致密的柱狀TBC層的熱障系統(tǒng)及其形成方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810304747.4
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN108690945A
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: M.D.克拉克;D.G.科尼策爾
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/11;C23C4/18;C23C14/08;C23C14/58;C23C16/40;C23C16/56
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 徐晶;萬雪松

本發(fā)明提供了設(shè)置在基材的表面上的涂層體系。涂層體系可包括在基材的表面上的粘結(jié)涂層、在粘結(jié)涂層上的致密TBC層和在致密TBC層上的柱狀TBC層，其中柱狀TBC層限定多個細(xì)長表面連接的空隙。致密TBC層一般包括陶瓷材料并且具有約15％或更小的孔隙度。本發(fā)明還提供了用于在基材的表面上形成涂層體系的方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開內(nèi)容一般涉及采用熱致密TBC層的制品。更具體而言，本公開內(nèi)容涉及采用涂層的制品，所述涂層能夠抵抗由于與粉塵材料的高溫相互作用的降解。

背景技術(shù)

熱障涂層通常用于在高溫下操作或暴露于高溫的制品。例如，航空渦輪機(jī)和陸基渦輪機(jī)可包括由熱障涂層保護(hù)的一個或多個部件。在正常的操作條件下，涂層部件可能易受各種類型損害的影響，所述損害包括侵蝕、氧化和來自環(huán)境污染物的攻擊。

對于渦輪機(jī)部件，特別關(guān)注的環(huán)境污染物組合物是含有鈣、鎂、鋁、硅的氧化物及其混合物的那些；例如，由燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)吸入的灰塵、灰和粉塵通常由這樣的化合物構(gòu)成。這些氧化物經(jīng)常結(jié)合以形成包含混合的鈣-鎂-鋁-硅-氧化物體系(Ca-Mg-A1-Si-O)的污染物組合物，以下稱為“CMAS”。在高渦輪機(jī)操作溫度下，這些環(huán)境污染物可粘附至熱的熱障涂層表面，并且因此引起對熱障涂層的損害。例如，CMAS可形成在渦輪機(jī)的操作溫度下為液體或熔融的組合物。熔融的CMAS組合物可溶解熱障涂層，或者可通過滲透涂層中的孔、通道、裂縫或其他空腔來填充其多孔結(jié)構(gòu)。冷卻后，滲透的CMAS組合物固化并降低涂層應(yīng)變耐受性，因此引發(fā)且傳播可引起涂層材料分層和剝落的裂縫。這還可導(dǎo)致對零件或部件的下層金屬基材提供的熱保護(hù)的部分或完全喪失。此外，熱障涂層的剝落可在金屬基材中產(chǎn)生熱點(diǎn)，導(dǎo)致過早的部件失效。過早的部件失效可導(dǎo)致計劃外維護(hù)和零件更換，導(dǎo)致降低的性能以及增加的操作和維護(hù)成本。

因此，需要改進(jìn)的涂層體系，當(dāng)在高溫下操作或暴露于高溫時，所述涂層體系對熱障涂層提供免于環(huán)境污染物的不利效應(yīng)的保護(hù)。具體地，需要改進(jìn)的涂層體系和制備這種涂層的方法，所述涂層提供免于沉積CMAS的不利效應(yīng)的保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的各方面和優(yōu)勢將部分地在以下描述中闡述，或可從所述描述顯而易見，或可通過本發(fā)明的實踐而得知。

一般提供了設(shè)置在基材的表面上的涂層體系。在一個實施例中，涂層體系包括在基材的表面上的粘結(jié)涂層、在粘結(jié)涂層上的致密TBC層和在致密TBC層上的柱狀TBC層，其中所述柱狀TBC層限定多個細(xì)長表面連接的空隙。致密TBC層一般包括陶瓷材料并且具有約15％或更小的孔隙度。

可選地，所述陶瓷材料包含氧化鉿、氧化鋯或其混合物。可選地，所述陶瓷材料包含穩(wěn)定的氧化鉿、穩(wěn)定的氧化鋯或其混合物。可選地，其中所述陶瓷材料包含氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鈰穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鈣穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鈧穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鎂穩(wěn)定的氧化鋯、氧化銦穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鐿穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鑭穩(wěn)定的氧化鋯、氧化釓穩(wěn)定的氧化鋯或其混合物。可選地，柱狀TBC層具有約25微米至約2000微米的厚度。所述致密TBC層具有的厚度約為所述柱狀TBC層的厚度的一半或更小。所述致密TBC層具有的厚度為所述柱狀TBC層的厚度的約1/4至約1/8。可選地，其中所述致密TBC層具有約0.1％至約10％的孔隙度。可選地，所述涂層體系還包括在所述粘結(jié)涂層上的熱生長的氧化物，其中所述熱生長的氧化物位于所述粘結(jié)涂層和所述致密TBC層之間。可選地，所述涂層體系還包括：位于所述致密TBC層和所述柱狀TBC層之間的中間致密層。可選地，所述中間致密層是含釓中間致密層。可選地，中間致密層具有約15％或更小的孔隙度。可選地，中間致密層具有的厚度約為所述柱狀TBC層的厚度的一半或更小。可選地，中間致密層具有的厚度為所述柱狀TBC層的厚度的約1/4至約1/8。可選地，中間致密層具有約0.1％至約10％的孔隙度。可選地，所述涂層體系還包括：在所述柱狀TBC層上的外部致密TBC層；和在所述外部致密TBC層上的外部柱狀TBC層。